Mesoscale numerical methods for elucidating cavity effects in boiling
| Project/Area Number |
22K14201
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Review Section |
Basic Section 19020:Thermal engineering-related
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| Research Institution | National Institute of Advanced Industrial Science and Technology |
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Principal Investigator |
齋藤 慎平 国立研究開発法人産業技術総合研究所, エネルギー・環境領域, 研究員 (80909606)
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| Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2025-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2022)
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| Budget Amount *help |
¥4,550,000 (Direct Cost: ¥3,500,000、Indirect Cost: ¥1,050,000)
Fiscal Year 2024: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000)
Fiscal Year 2023: ¥910,000 (Direct Cost: ¥700,000、Indirect Cost: ¥210,000)
Fiscal Year 2022: ¥2,470,000 (Direct Cost: ¥1,900,000、Indirect Cost: ¥570,000)
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| Keywords | 沸騰 / 混相流 / 相変化 / 格子ボルツマン法 / 平衡 / キャビティ / メゾスケール数値解析法 |
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| Outline of Research at the Start |
沸騰は，気泡の運動や相変化を伴う極めて複雑な現象である。なぜ，あるいはどのように沸騰が発現し，高い熱伝達率を示すのか解明されていない点も未だ多く，その予測は経験式に頼っているのが現状である。本研究では，沸騰過程における気泡核生成から成長，離脱といったマルチスケール現象を一貫して扱うことのできるメゾスケール数値解析法の確立を目指す。
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究の目的は，沸騰過程における気泡核生成から成長，離脱といったマルチスケール現象を一貫して扱うことのできるメゾスケール数値解析法の確立にある。
2022年度においては，混相系を扱うための格子ボルツマン法についてレビューし，いくつかのモデルについて数値計算プログラムを作成し，それらの特徴を数値的に調べた。また，高速計算を実施するため，計算プログラムのMPI並列実装を行い，今年度導入したワークステーション上での計算により，並列化効率が良好であることを確認した。
密度比の異なる二相を扱うColor-gradientモデルや自由エネルギーモデルにおいて，巨視的な方程式に現れる誤差項を同定し，これを相殺するための平衡分布関数を導出した。3次元空間においては，Maxwell-Boltzmann分布について，６次までのHermite展開を用い，さらに理想状態からのずれを補正するための項を導入した。これにより，層状Poiseuille 流れで従来見られていた速度プロファイルにおける解析会のずれが修正されることを確認した。導出した平衡は速度に関する６次の項を含む煩雑な形式であるが，位相空間から中心モーメント空間に移すことにより，27の要素のうち８つのみが非零ので，かつ，そのいずれも速度成分に依存したい簡潔な形式の平衡（モーメント）となることがわかった。中心モーメントによる衝突演算は，低い動粘性係数においても高い安定性を示すことが知られており，パラメータもより広範に設定できると考えられる。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
沸騰のシミュレーションで用いるべき混相計算モデルを同定し，含まれる誤差項や用いるべき衝突モデルについて明確にできたため。
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| Strategy for Future Research Activity |
気液混相の計算において用いるべき格子ボルツマン法のモデルを概ね定めたため，エネルギー方程式および相変化挙動を熱力学的に一貫して表現するための定式化，および，固体界面の境界条件の実装と評価を進めていく。
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Report
(1 results)
Research Products
(4 results)
